通信开关电源的电磁兼容性

作者：时间：2011-02-17 来源：网络收藏

电磁兼容性的研究，一般运用CISPR16及IEC61000中规定的电磁场检测仪器及各种干扰信号模拟器、辅助设备，在标准测试场地或实验室内部，通过详尽的测试分析、结合对电路性能的理解来进行分析研究。
从电磁兼容性的三要素讲，要解决开关电源的电磁兼容性，可从三个方面入手。
1）减小干扰源产生的干扰信号；
2）切断干扰信号的传播途径；
3）增强受干扰体的抗干扰能力。
在解决开关电源内部的电磁兼容性时，可以综合运用上述三个方法，以成本效益比及实施的难易性为前提。对开关电源产生的对外干扰，如电源线谐波电流、电源线传导干扰、电磁场辐射干扰等，只能用减小干扰源的方法来解决。一方面，可以增强输入输出滤波电路的设计，改善有源功率因数校正（APFC）电路的性能，减小开关管及整流续流二极管的电压电流变化率，采用各种软开关电路拓扑及控制方式等。另一方面，加强机壳的屏蔽效果，改善机壳的缝隙泄漏，并进行良好的接地处理。而对外部的抗干扰能力，如浪涌、雷击应优化交流输入及直流输出端口的防雷能力。通常，对1.2/50μs开路电压及8/20μs短路电流的组合雷击波形，因能量较小，可采用氧化锌压敏电阻与气体放电管等的组合方法来解决。对于静电放电，通常在通信端口及控制端口的小信号电路中，采用TVS管及相应的接地保护、加大小信号电路与机壳等的电距离，或选用具有抗静电干扰的器件来解决。快速瞬变信号含有很宽的频谱，很容易以共模的方式传入控制电路内，采用防静电相同的方法并减小共模电感的分布电容、加强输入电路的共模信号滤波（如加共模电容或插入损耗型的铁氧体磁环等）来提高系统的抗扰性能。
减小开关电源的内部干扰，实现其自身的电磁兼容性，提高开关电源的稳定性及可靠性，应从以下几个方面入手：注意数字电路与模拟电路PCB布线的正确分区、数字电路与模拟电路电源的正确去耦；注意数字电路与模拟电路单点接地、大电流电路与小电流特别是电流电压取样电路的单点接地以减小共阻干扰、减小地环的影响；布线时注意相邻线间的间距及信号性质，避免产生串扰；减小地线阻抗；减小高压大电流电路特别是变压器原边与开关管、电源滤波电容电路所包围的面积；减小输出整流电路及续流二极管电路与直流滤波电路所包围的面积；减小变压器的漏电感、滤波电感的分布电容；采用谐振频率高的滤波电容器等。
MCU与液晶显示器的数据线、地址线工作频率较高，是产生辐射的主要干扰源；小信号电路是抗外界干扰的最薄弱环节，适当地增加高抗干扰能力的TVS及高频电容、铁氧体磁珠等元器件，以提高小信号电路的抗干扰能力；与机壳距离较近的小信号电路，应加适当的绝缘耐压处理等。功率器件的散热器、主变压器的电磁屏蔽层要适当接地，综合考虑各种接地措施，有助于提高整机的电磁兼容性。各控制单元间的大面积接地用接地板屏蔽，可以改善开关电源内部工作的稳定性。
在整流器的机架上，要考虑各整流器间的电磁耦合、整机地线布置、交流输入中线、地线及直流地线、防雷地线间的正确关系、电磁兼容量级的正确分配等。
开关电源对内、外的干扰及抗干扰中，共模信号与开关器件的工作方式、散热器的安装及整机PCB板与机壳的连接有相当复杂的关系，共模信号在一定的条件下又可转变成差模信号。解决共模干扰最简单的方法是解决好各电路单元及整机端口、机壳间的问题。整机屏蔽难以实施且成本较高，在无可奈何的情况下才采用该措施。
5国内通信开关电源的电磁兼容性改进现状
自YD/T983标准开始起草以来，国内通信电源制造商纷纷开始电磁兼容性的研究。由于电磁兼容性测试仪器、试验场地建设费用很高，且需要有经验的研发人员，很多制造商都没有自己的试验室，对电磁兼容性的研究造成了一定的困难。YD/T983标准中，抗扰度指标选用了国外标准中较低等级。除雷击浪涌、ESD及EFT指标外，其它抗扰度指标均比较容易达到要求。电磁干扰指标如传导干扰及辐射干扰指标，由于很难满足标准的要求，是目前电磁兼容性研究的热点，国内只有极少数的厂家可以完全达到相关标准的要求。
中兴通讯建立了自己的电磁兼容性试验室，在通信开关电源研发的初期，就致力于电磁兼容性的研究工作。其通信开关电源的前级运用最先进的有源功率因数校正技术加无损吸收电路，后级DC/DC采用零电压零电流（ZVZCS）相移谐振软开关技术或双管正激无损吸收软开关技术，通过专业的电源输入输出滤波器设计及防雷设计，以及对整机的安全性、数字接口电路的抗静电设计及抗快速瞬变脉冲群设计，对整机结构恰到好处的电磁屏蔽设计，不仅使整机内部的电磁环境良好，工作稳定，可靠性提高，也使通信开关电源对外的电流谐波、电起伏和闪烁、传导干扰及辐射干扰达到或超过CISPR22标准规定的A级要求。输入交流电源线能够承受至少±6kV（1.2/50μs与8/20μs的综合波）浪涌电压干扰，直流电源线能够承受至少±2kV的浪涌电压；整机外部能够承受至少±8kV的静电放电（ESD）干扰、至少±4kV的电快速瞬变脉冲群（EFT），以及3V/m的高频电磁场干扰，300A/m的工频磁场干扰。宽广的交流输入电压范围，使整机的电压跌落、电压瞬变及电压短时中断等干扰过后，开关电源能够正常工作。专业采自全国各地的电网干扰电压，均在中兴开关电源上经过了验证分析。
中兴通讯系列开关电源的电磁兼容性指标，已完全满足并超过了YD/T983－1998《通信开关电源设备电磁兼容性要求及测量方法》中所规定的所有项目的指标，部分产品已通过CE认证及FCC认证中的全部电磁兼容性指标，是真正的环保型通信开关电源，特别适合于移动基站、程控交换设备、IP电话、有线电视等数据通信传输设备以及铁路、水电、火电站等强电磁场干扰的场合使用。